大型光伏電站無人機(jī)巡檢中的路徑規(guī)劃探究

高俊山 楊小林 宋哲

北京京能清潔能源電力股份有限公司華南分公司 廣東 湛江 524000

引言

由于無人機(jī)具備資金損耗低、輕巧便攜、可以裝載多種裝置等特點(diǎn)，因此在我國大型光伏電站的巡檢階段，該設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。即便如此，在實際的操作過程中，通過對數(shù)據(jù)的分析可知，只圍繞目標(biāo)區(qū)域規(guī)劃檢測路線，不僅存在遺漏問題，還可能降低巡檢結(jié)果的準(zhǔn)確性，為此，應(yīng)借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，利用計算機(jī)完成路線建模，規(guī)劃出合理有效的巡檢路徑。

1 應(yīng)用無人機(jī)巡檢的價值

使用智能化的無人機(jī)技術(shù)，完成對光伏電站的巡檢處理，不但可以及時有效地找出生產(chǎn)過程中可能存在的風(fēng)險問題，其中包含外部磨損、熱斑生成等，更能獲取到各類實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的及時推理，進(jìn)而最大限度找出引發(fā)風(fēng)險的成因，并采取必要的手段予以處理[1]。近年來，隨著我國全面進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代，衍生出各類先進(jìn)的技術(shù)手段和機(jī)械設(shè)備，其中利用無人機(jī)巡檢技術(shù)，工作人員可以在最短的時間內(nèi)，快速比對各類數(shù)據(jù)，打破時空桎梏。同時，使用該設(shè)備，相關(guān)人員只需借助專業(yè)的遙控裝置，便可云端操作無人機(jī)，完成對處于各類復(fù)雜環(huán)境中的大型光伏電站的巡檢，最大限度推動電站朝著智能化的方向變革。

2 無人機(jī)在光伏電站的現(xiàn)狀及前景

2.1 現(xiàn)狀

由于我國的經(jīng)濟(jì)增長速度不斷加快，科技領(lǐng)域也迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇。受時代變革等因素的影響，無人機(jī)受到了社會各界的關(guān)注。其中，部分輕巧簡便的商品化無人機(jī)在市面上屢見不鮮，但是在這一過程中，大多數(shù)國民普遍認(rèn)為此類設(shè)備通常只能用作娛樂消遣，對其在工業(yè)領(lǐng)域的實用性報以漠視態(tài)度。相反，伴隨著科技的進(jìn)步，無人機(jī)在各個行業(yè)都得到了全面運(yùn)用，特別是在電力產(chǎn)業(yè)。但因為信息的不對等，大多數(shù)工作人員要求該裝置具備精密的檢測技術(shù)，同時，設(shè)備并未應(yīng)用至對應(yīng)區(qū)域，致使市面上各類無人機(jī)設(shè)備出現(xiàn)供求不對等的風(fēng)險問題。與此同時，還有部分人士質(zhì)疑設(shè)備的實用性。殊不知，無人機(jī)的出現(xiàn)本就是為社會運(yùn)轉(zhuǎn)提供便利。

在以往的發(fā)展過程中，光伏電站的維修與巡檢，通常需要由人工完成。盡管其能夠利用監(jiān)測裝置，了解發(fā)電狀況及外界因素變動情況，但是會受到各類隱患問題限制。此外，因為在光伏電站內(nèi)包含各類大型的裝置，存在較多不確定因素，一旦出現(xiàn)故障，還可能威脅巡視人員的生命安全。在光伏電站的生產(chǎn)階段，需要落實日常的巡檢處理，往往需要消耗大量的時間與資金成本。正因如此，現(xiàn)階段在光伏電站的巡檢過程中，無人機(jī)主要負(fù)責(zé)設(shè)備的運(yùn)行管理。因為該設(shè)備能夠在高空完成檢測作業(yè)，適用于占地面積相對較大的光伏電站中，不僅降低了資源消耗量，還增強(qiáng)了運(yùn)維管理的時效性和穩(wěn)定性。同時，關(guān)于無人機(jī)裝置的應(yīng)用，還面臨一系列風(fēng)險問題，其中包含指向性較弱、操作計劃不合理、信息歸納水平相對較低。僅僅完成隱患的獲取，并未全面找出光伏電站的風(fēng)險對比。

2.2 前景

圍繞光伏電站的發(fā)展前景及技術(shù)分析可知，應(yīng)用無人機(jī)落實巡檢工作時，可以結(jié)合設(shè)備的主體特征，將其深度運(yùn)用到光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，研究其發(fā)電流程，以此提升光伏電站的生產(chǎn)效率，推動該行業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。數(shù)據(jù)顯示，近年來，我國的大型光伏電站的發(fā)電質(zhì)量相對較高，增幅高達(dá)七成作用，穩(wěn)居世界前列。綜合該行業(yè)的發(fā)展前景可知，此類電站的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)中向好，能夠滿足國家的用電需求。結(jié)合光伏電站的運(yùn)營狀態(tài)，無人機(jī)的作用還可以體現(xiàn)在以下幾方面。正常狀態(tài)下，該設(shè)備的使用年限通常為30年左右，例如在一個年均發(fā)電量為40mw的光伏電站內(nèi)，無人機(jī)能夠滿足電站的運(yùn)維需求。

3 大型光伏電站無人機(jī)路徑規(guī)劃

在人類日常的生產(chǎn)與生活中，受各類因素影響，近年來，伴隨著溫室氣體的排放，氣候面臨不斷變暖的風(fēng)險。為避免隱患加劇，在機(jī)關(guān)政府的推動下，以太陽能、風(fēng)能等可循環(huán)再生能源為動力源頭的發(fā)電站得到了全面應(yīng)用。但是在大型光伏電站的生產(chǎn)階段，為確保設(shè)備始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，工作人員應(yīng)在特定的時間段內(nèi)對其進(jìn)行修復(fù)與檢測。以往，關(guān)于光伏電站的日常運(yùn)維都是依靠人工完成，但是此類方法只適用于規(guī)模較小的發(fā)電站。對于各類大型的光伏電站，選用人力檢測，不但時效性較差，還容易對工作人員的人身安全造成威脅。為妥善解決相關(guān)問題，無人機(jī)檢測技術(shù)得到了研發(fā)與應(yīng)用[3]。無人機(jī)的操作方便，能夠在較長的時間內(nèi)完成電站的全面巡檢，獲取數(shù)據(jù)的時效性可以得到保障。截至目前，無人機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在溫室氣體、自然環(huán)境等方面的檢測過程中。另外，結(jié)合獲取到的各類數(shù)據(jù)可知，在光伏電站的檢測階段使用無人機(jī)的價值更加明顯。對比于傳統(tǒng)的人工檢測，使用無人機(jī)時，巡檢的精密度和靈敏程度都相對較高，但也存在較多不確定因素，實踐中仍需要持續(xù)探索適合的改進(jìn)策略。

3.1 單一式無人機(jī)巡檢路徑

關(guān)于大型光伏電站無人機(jī)巡檢路徑的規(guī)劃，工作人員應(yīng)優(yōu)先完成對待檢區(qū)域的分化處理后，在所在分區(qū)內(nèi)落實飛行線路的合理規(guī)劃。通過觀察可知，切割出的分區(qū)數(shù)量相對較多。假如利用合理的手段，將其串聯(lián)成一個有機(jī)整體，可以組成一個密閉的四邊形矩陣。結(jié)局全區(qū)域覆蓋技術(shù)，實現(xiàn)對整個電站的全面檢測，時效性和準(zhǔn)確性都相對較高。

應(yīng)用疊加手段規(guī)劃巡檢路線時，應(yīng)重點(diǎn)圍繞以下幾方面綜合考量，其中包含起始位置、終點(diǎn)區(qū)域、區(qū)域間隔和路徑類型。正常狀態(tài)下，工作人員通常需要在較為封閉的環(huán)境中，劃分出相對完善的線路。此外，起始和初始點(diǎn)位的所在位置決定了線路的方向和設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡。其中，較為常見的兩類路徑分別為“s”形和“回”字形。

在大型光伏電站的巡檢階段，使用無人機(jī)時，關(guān)于覆蓋技術(shù)的應(yīng)用。工作人員不僅要為設(shè)備擬定起始點(diǎn)位、線路密度、行駛軌跡，還需要在沿途增設(shè)對應(yīng)的觀測區(qū)，具體的操作步驟如下所示。先重疊放置多種相紙，假如覆蓋率較低，圖像的生成往往會受到一定影響。為此，工作人員應(yīng)適度增加相紙的數(shù)量。當(dāng)重復(fù)度滿足要求后，將倍率與攝影裝置的清晰度融合至一處，測算出相鄰拍攝點(diǎn)位中無人機(jī)的行駛狀態(tài)和時長，通常以s型為主確定巡檢路徑。在這一過程中，工作人員通常將檢測區(qū)的左下方視作巡檢的起始位置。一般情況下，關(guān)于起始點(diǎn)位的確定常常圍繞四邊形的長邊決定。但是在存在一定差異的檢測技術(shù)內(nèi)，關(guān)于起點(diǎn)的選擇方法也不同。完成上述操作后，根據(jù)無人機(jī)的行駛時長和拍攝時間落實路徑模擬。在實際的巡檢過程中，應(yīng)盡可能保持無人機(jī)的長期飛行和高頻攝像，便于規(guī)劃出較為完備的形式路線圖像。需要注意的是，在特定的狀態(tài)下，部分拍攝點(diǎn)位往往處于邊緣位置。當(dāng)拍攝裝置處于視野較為開闊的地帶，可以對某些邊界區(qū)域報以漠視態(tài)度。即便如此，為實現(xiàn)二者的有效區(qū)分，工作人員需要將下列內(nèi)容視作切入點(diǎn)。第一，在攝影設(shè)備允許的范圍內(nèi)，為無人機(jī)設(shè)置一個定值，隨后根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)備的起始點(diǎn)位，進(jìn)而獲取最佳的巡檢線路。第二，此類方法操作的難易程度相對較低，僅憑借少數(shù)點(diǎn)位和數(shù)據(jù)便可完成相應(yīng)的巡檢處理。但是還存在一定的隱患，例如獲取的圖像并未得到有效運(yùn)用。

想要最大限度縮減對巡檢結(jié)果的干擾，工作人員應(yīng)利用科學(xué)的技術(shù)，合理規(guī)劃檢測路徑。在不應(yīng)用重疊技術(shù)的先決條件下，各個點(diǎn)位可以落實同步拍照。應(yīng)用此類技術(shù)，不僅可以確保獲取的圖像完整有效，還能有效避免出現(xiàn)圖幅殘缺的風(fēng)險，降低有關(guān)人員的工作負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)巡檢工作的完整性和整體質(zhì)量。

3.2 三機(jī)系統(tǒng)路徑規(guī)劃

在覆蓋面積相對較小的巡檢范圍中，無人機(jī)可以單次實現(xiàn)全區(qū)的有效檢測。相反，在空間較大的區(qū)域內(nèi)，由于設(shè)備的電量相對有限，往往需要多次飛行方可完成全域巡檢。過去相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，工作人員應(yīng)在特定的點(diǎn)位中為無人機(jī)換新電源。盡管操作相對簡便，但是多數(shù)情況下無人機(jī)會在同一區(qū)域往復(fù)行進(jìn)，不僅消耗大量的時間成本，還會干擾巡檢的準(zhǔn)確性。假如在不同的點(diǎn)位換新電池，為縮減不必要的影響，工作人員則需要適當(dāng)增強(qiáng)檢測頻率。對比傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方法，在大型光伏電站內(nèi)部，由于檢測區(qū)域的占地面積相對較大，境內(nèi)不存在車輛通過的情況，裝卸車往往圍繞電站的四周形式。

3.2.1 分散點(diǎn)位處理。對于相對四散的檢測點(diǎn)位，工作人員可以將拍攝點(diǎn)視作參照點(diǎn)，將平行分布的各個點(diǎn)劃分為一條直線。在車輛的行駛線路中，應(yīng)用直線測算技術(shù)規(guī)劃出的線路比預(yù)檢路線的覆蓋范圍小，但是巡檢的精準(zhǔn)度較高。關(guān)于巡檢路徑建模，通常能夠?qū)⒏黝愇矬w視作直線中的一處細(xì)小點(diǎn)位。在實際的應(yīng)用過程中，工作人員應(yīng)借助該方法完成單個點(diǎn)位的巡檢[4]。

3.2.2 機(jī)車協(xié)同操作。在大型光伏電站中，工作人員應(yīng)用無人機(jī)巡檢時，關(guān)于檢測路徑的規(guī)劃，通常有兩種形式。當(dāng)無人機(jī)起飛后，落實兩處區(qū)域的操作后，降落至初始區(qū)域，此時車輛始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。待無人機(jī)返回后，使用對應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備將其移動至下一區(qū)域。完成上述操作后，相關(guān)裝置再次起飛，并在下一處區(qū)域降落。需要注意的是，在無人機(jī)工作的過程中，其會同時朝下一處降落點(diǎn)飛行。但是由于車輛的行進(jìn)頻率相對較快，往往比無人機(jī)率先到達(dá)指定區(qū)域。關(guān)于巡檢質(zhì)量，無人機(jī)右翼的成像效果略高于左側(cè)。為保證無人機(jī)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以將左側(cè)的圖像視作參考依據(jù)?，F(xiàn)階段，市場上大多數(shù)無人機(jī)設(shè)備早已擁有自主往返的功能，當(dāng)其處于特殊的狀態(tài)時，無人機(jī)會在第一時間返回到指定位置。此時借助外力輔助，能夠最大限度避免風(fēng)險問題出現(xiàn)的概率。

除此之外，因為相鄰兩組光伏裝置的形態(tài)較為類似，間距較小。應(yīng)用無人機(jī)巡檢時，應(yīng)盡量高頻測的完成待檢區(qū)域的圖像采集，便于快速搜尋隱患的具體位置。

4 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著科技和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，無人機(jī)被越來越多光伏電站所使用。借助相關(guān)設(shè)備，工作人員能夠在第一時間完成故障查驗。對比于傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，此類方法的時效性和穩(wěn)定度更高。關(guān)于無人機(jī)巡檢路徑的規(guī)劃，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)程序，完成數(shù)據(jù)與路線的建模后，利用遠(yuǎn)程操作手段，搜尋風(fēng)險隱患的同時，推動光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)營。